無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)充電調(diào)度研究.pdf

1、基于磁耦合諧振的無線充電技術(shù)為解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量問題提供了潛在的解決方法。但在保證網(wǎng)絡(luò)可持續(xù)運(yùn)行的情況下，如何提高充電設(shè)備工作效率、平衡網(wǎng)絡(luò)能量、滿足網(wǎng)絡(luò)動態(tài)能量需求至關(guān)重要。本文以延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命為目標(biāo)，利用磁耦合諧振技術(shù)與諧振中繼器傳輸模型，從充電設(shè)備與傳感器節(jié)點(diǎn)、傳感器節(jié)點(diǎn)與傳感器節(jié)點(diǎn)、充電設(shè)備與充電設(shè)備三個關(guān)系層面進(jìn)行研究，完成的主要研究工作和成果如下:
　　(1)能量有限的單移動充電設(shè)備充電調(diào)度策略。為了保證

2、一對多節(jié)點(diǎn)充電規(guī)劃的可調(diào)度性，減少充電設(shè)備的路徑移動能耗，根據(jù)磁耦合諧振技術(shù)的有效充電范圍，采用蜂窩網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)分割成若干充電區(qū)域，提出了基于移動充電設(shè)備的無線充電調(diào)度策略。考慮到實(shí)際移動設(shè)備能量通常都是有限的，在每個充電周期綜合考慮移動設(shè)備能量、節(jié)點(diǎn)剩余能量等，提出了自適應(yīng)動態(tài)算法自動選擇k塊充電區(qū)域。充電路徑規(guī)劃時，采用實(shí)時性較好的彈性網(wǎng)絡(luò)算法來滿足網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)充電需求。仿真結(jié)果表明，充電設(shè)備能量大小會直接影響網(wǎng)絡(luò)總能量與最小剩余能量

3、，所提策略在設(shè)備能量有限時能夠最大化網(wǎng)絡(luò)最小能量，延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期。
　　(2)配置磁耦合諧振中繼器的無線多跳能量傳輸策略。針對一對多節(jié)點(diǎn)充電模型中能量傳輸效率受限于能量傳輸半徑這一問題，利用配置諧振中繼器的無線能量傳輸模型，提出了移動充電設(shè)備的無線多跳能量傳輸策略，以及充電區(qū)域內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)能量傳輸協(xié)議。多跳能量傳輸策略在每個充電區(qū)域內(nèi)構(gòu)建最小生成樹，依次優(yōu)化每個節(jié)點(diǎn)的能量多跳傳輸路徑，提高充電設(shè)備對傳感器節(jié)點(diǎn)的充電效率。在節(jié)點(diǎn)能

4、量傳輸協(xié)議中，以減少區(qū)域充電時間為目標(biāo)，利用多跳能量傳輸策略，在節(jié)點(diǎn)剩余能量下降至指定閾值時發(fā)送充電請求至充電區(qū)域內(nèi)其它節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的能量傳輸，均衡節(jié)點(diǎn)剩余能量。仿真結(jié)果表明，所提策略以及協(xié)議能夠降低每個區(qū)域的充電時間，使節(jié)點(diǎn)剩余能量更均勻，網(wǎng)絡(luò)能量波動更小。
　　(3)多移動充電設(shè)備的分區(qū)協(xié)作式充電策略。針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中分布著一些處于偏遠(yuǎn)位置的節(jié)點(diǎn)，超出任意單充電設(shè)備最大可覆蓋范圍的問題，以及過多使用造價昂貴充電設(shè)備導(dǎo)

5、致的傳感器網(wǎng)絡(luò)成本過高問題，提出一種多移動充電設(shè)備的分區(qū)協(xié)作式充電策略。該策略采用停留、等待協(xié)作充電模型，利用磁耦合諧振技術(shù)實(shí)現(xiàn)充電設(shè)備之間的能量傳輸，以最小化移動充電設(shè)備數(shù)量為目標(biāo)，在每個充電周期動態(tài)選擇部分傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路徑規(guī)劃。接著根據(jù)路徑上距離服務(wù)站最遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)將網(wǎng)絡(luò)分成兩個區(qū)域分別進(jìn)行充電任務(wù)規(guī)劃，為各個充電設(shè)備分配待充電的節(jié)點(diǎn)集，并規(guī)劃設(shè)備之間的充電停留點(diǎn)。仿真結(jié)果表明，在保證所有節(jié)點(diǎn)被移動設(shè)備覆蓋的前提下，所提策略能以較少的充